信息技术论文生物技术与农业论文

第一篇：信息技术论文生物技术与农业论文

信息技术论文生物技术与农业论文

适时应用现代信息技术 优化中学化学实验教学

摘要 多媒体辅助实验教学在化学教学中已逐渐被广泛地应用，它具有传统教学手段所没有的趣味性、直观性，可以充分调动师生的积极性，突破教学难点，提高学习效率。结合自己的教学实践，对多媒体在化学实验教学中的应用进行阐述。

关键词 化学实验；多媒体网络技术；投影技术

化学实验是中学化学教学中最普遍采用的媒体。由于实验条件的限制，实验的科学性、直观性、探索性和操作性的特点在教学中未能真正体现，使现有的实验不能完全地发挥其教学作用。因此，把现代信息教学技术应用于化学实验教学中，能够有效地克服实验条件的限制，提高演示实验的可见度性，增强演示实验的时效性，保障演示实验的安全性，加强学生实验操作的规范性，从而最大限度地发挥实验的作用。投影技术在化学实验教学中的应用

化学课的演示实验，其目的是通过实验让全体学生观察到物质变化的全过程，在理性上有一定的认识，从而提出疑问，获得结论。因此，演示实验要真正起到演示作用，不能演而不示，使演示实验变成讲实验，观察实验现象变成讲实验现象。为了提高演示实验的可见度，传统的方法一般采用放大实验仪器，抬高实验装置，增加实验药品的用量巡回展示实验结果。然而实验仪器的放大是有限的，巡回展示实验结果又浪费时间，且有些现象是在实验中瞬间产生的而无法观察到，以至影响教学效果。采用投影技术，可克服上述缺陷，大大提高演示实验的效果。

例如做浓H2SO4稀释实验，对实验中关键性的观察点——温度计读数的变化，通过投影技术进行扩大，使验证性实验的验证更具科学性，用实物投影仪对氢氧化钠固体表面潮解现象进行放大，激励学生注意观察生活中的化学现象。上述实验在教师讲课时感到很流畅，学生对知识的理解、掌握感到很轻松。

投影技术主要是对实验现象进行放大，克服演示实验可见度小的缺陷，使学生能清楚地观察到实验现象，特别是一些细小的、不易观察到的实验现象。投影技术使实验的科学性得到提高，增强学生学习的积极性和参与程度，为培养学生的观察能力提供条件。

摄像、放像技术在化学实验教学中的应用

演示实验的全过程需要较长的时间，且伴随着一些无关紧要的现象，干扰学生正确观察实验现象，影响实验的效果。由于学生课堂学习时间是有限的，要让学生在有限的时间内尽可能多地获得信息，给予学生信息要有选择，使学生观察到的现象对所学的知识有价值。因此，采用摄像、剪辑技术，对实验全过程进行加工，既为学生提供实

验全过程，又突出重要的实验现象，同时也不失实验的真实性。例如，氯水见光分解实验可采用此技术在课堂上播放，大大增强演示实验的时效性。当学生看到氯水在几小时的光照后才开始慢慢地冒小气泡，24小时才有明显气体产生，不仅对实验结论信服，更体会到有些化学反应很缓慢发生，增强学生对实验观察的有效性。

演示实验教学中，有些实验具有一定的危害性和危险性，在课堂上无法实施演示，借助于录像教学，既保证学生的安全，又保护环境，又达到良好的教学效果。通过录像技术还可以对实验中的错误操作引起的危害进行真实再现，引起学生的重视，帮助学生掌握正确的实验操作步骤和操作技能。

利用录像技术中的功能效应，促使演示实验真实性，如高速成或缓慢的摄像技术和放像的快、慢、倒等功能不仅使学生缓慢地看到快速成反应的变化，还能使学生快速地观察到缓慢的反应变化，让学生迅速感知易观察到的细节，提高学生观察的敏捷性，同时缩短教学时间，增强演示实验的时效性，提高教学效率。

摄像、录像技术还可以显示较复杂的化工生产过程，使抽象的教学内容直观化，便于学生对这类知识的理解和掌握，对一些价格昂贵的实验、危险性大的实验，定性的实验，要求较多的操作技术，或装置复杂的实验也可以借助教学录像来完成保障演示实验的安全性、正确性、有效性、规范性。多媒体网络技术在化学实验教学中的应用

化学实验的操作步骤和操作规范都有一定的要求，一旦学生操作失误，不仅会引起实验失败，也可能引起实验事故，更会引起学生的恐惧心理，影响学生学习化学的兴趣。采用多媒体网络技术，应用典型的软件资料，对操作易出错的后果进行模拟。这样，让学生在计算机前先进行模拟操作，以掌握正确的操作和对不正确的操作的理解，再进行实验，将大大提高学生实验的有效性。

例如，氯气的实验室制法中，实验结束后应先将导管移出水面再移去酒精灯的操作，一旦失误，有一定的危险性。为了解决这一难题，通过多媒体技术，设计、制作了氯气的实验室制的软件，对这一操作做了一些特别的处理。在课堂上，让学生进行反复模拟实验，一旦操作正确，计算机给予奖励提示，鼓励学生；而一旦学生操作错误，计算机则对水倒流试管底部，试管破裂的危险场面进行模拟。

多媒体技术在化学实验中，起到实验设计教学，对学生进行化学知识和实验操作技能的演示教学，有利于培养学生的迁移能力、解决问题的能力，相互协作能力和创造能力，在多媒体“实验室”中让学生在实验室中畅游，发挥自各的才能，去探索化学世界的实验。计算机对各种方法所产生的各种现象都会模拟，并正确判断加以正确提示，有利于培养学生对知识的巩固、应用和发展，培养学生的创造精神和创造能力。

利用多媒体技术，可以通过声音、画面、文字、于一体展示微观世界，模拟化学反应，打破学生认识中的时空限制，用各种感官来感知信息有利于学生的主动参与，激发学习兴趣，更符合现代学生的思维学习习惯。在通过交互功能和模拟技术，对一些危险性、危害性的实验，放心地让学生大胆操作，为学生的探索和创造提供条件。

当今是网络化时代，网络技术的发展将为学生的自主学习提供最丰富的信息资源，使学生的知识来源更广泛、更丰富，使学生可以不受时间、空间的限制，对有关实验问题进行探讨、推理，同时培养学生获取信息分析、归纳、整理信息、运用信息解决问题的能力。

结束语

化学实验是中学化学教学最常用和最重要的教学手段，对帮助学生理解和掌握化学知识，有着举足轻重的作用。随着科学技术的发展，把现代教学技术与实验相结合必将丰富实验的内涵，增强实验功能。

参考文献

[1]安宝生.教育信息技术的掌握与运用[M].北京:中国和平出版社,2001

[2]王屹,韦海伟,黄敬东.教育信息资源在化学教学中的应用[J].中学化学教学参考,2003(1-2):46-48

第二篇：农业生物技术课程论文

农业生物技术课程论文

题 目：_植物耐盐相关基因克隆与基因工程的研究进展

院（系）： 专业： 班级： 姓名： 学号： 成绩： 完成日期：

2011-6-10

农学院

植物耐盐相关基因克隆与基因工程的研究进展

摘要：随着分子生物学技术的不断发展，植物耐盐基因工程已经成为当前研究的热点．植物基因工程为耐盐新品种选育提供新的途径．很多耐盐相关基因相继被克隆和研究，包括离子调节关键基因、渗透调节物质合的关键基因、氧化胁迫调节关键基因、盐胁迫信号传导途径相关基因以及相关调控元件和因子，部分成功应用于植物育种研究．

关键词：耐盐性、基因克隆、基因工程、土壤盐渍化、耐盐基因

随着全球水资源危机以及土壤盐化问题的加剧，盐胁迫已经成为影响植物生长、导致粮食和经济作物减产的主要限制因素。目前，世界盐渍土面积约１０亿ｈｍ２；中国盐渍土面积约３４６０万ｈｍ２，盐碱化耕地７６０万ｈｍ２，其中原生、次生盐化型和各种碱化型分布分别占总面积的５２％、４０％和８％。对于盐渍化土壤的利用主要采取两种措施，一是用化学或物理方法改造土壤；二是通过生物技术培育耐盐作物品种。前者不仅耗资巨大，且随着大量化学物质的加入加重了土壤的次生盐渍化，因此培育耐盐的作物品种就日益重要。国内外学者研究了盐分对植物的伤害、植物耐盐的机理，克隆了一些耐盐相关基因，并通过耐盐相关基因转化，获得了一些耐盐性提高的转基因植物，展示了诱人的前景。本文从植物耐盐的机理、耐盐相关基因的克隆及转耐进行了展望。

1、植物耐盐的机理

盐分对植物胁迫分为渗透胁迫、离子伤害、离子不平衡或营养缺乏三类，渗透胁迫和离子伤害目前被认为是对植物危害的两个主要过程。植物的耐盐性环境下的少数耐盐植物进化出特殊器官泌盐和稀盐，如海滩的红树和碱蓬属植物。对多数植物来说，则是生理耐盐。盐胁迫下渗透机制的调节在盐胁迫下，由于外界渗透压较低，植物吸收水分困难，细胞会发生水分亏缺现象。植物为了避免这种伤害，会主动积累一些可溶性物质，降低细胞的渗透势，从而使水分顺利地进入植物体内，保证植物正常生理活动的进行。渗透调节分为无机渗透调节和有机渗透调节。参与无机渗透调节的离子主要是Ｎａ＋、Ｋ＋、ｃａ２＋和ｃｌ。赵可夫等研究发现盐生植物的无机渗透剂以Ｎａ＋、Ｋ＋和ｃｌ为主，而非盐生植物高梁、芦苇等主要以Ｋ＋和有机渗透物质为主。说明盐生植物和非盐生植物在渗透调节物质方面的不同。植物在逆境中会主动积累一些有机渗透物质，其中小分子化合物有如下几类：第一类是多元醇，如甘如蔗糖、海藻糖等；第三类是氨基酸及其衍生物，如脯氨酸、甘氨酸、甜菜碱等。这些物质对细胞无毒，对代谢过程无抑制作用，它们的积累在一定范围内可以维持盐胁迫下细胞的正常膨压和代谢功能。这些保护渗透物质在植物抗盐研究中已越来越受重视。

盐胁迫改变代谢途径在盐胁迫下，一些盐生植物能够通过改变其自身的代谢途径而适应高盐度的生存环境。一些肉质植物，如豆瓣绿属植物、马齿苋科植物以及禾本科植物冰草等，在盐渍或水分胁迫下可以改变光合碳同化途径，途径变为ＣＡＭ途径。ＣＡＭ植物在夜间开放气孔进行C0２吸收和固定，白天气孔关闭减少蒸腾量。这种转变的机理，赵可夫等认为主要是Ｃｌ活化了细胞中的ＲｕＢＰ羧化酶所导致的。并通过测量Ｃ０２固定和ＰＥＰ羧化酶活性证实光合作用转变是受盐诱导目前获得的一些转基因植物耐盐性虽有提高，但这只是相对于对照植株而言的，转入均是单个基因或相关的两个基因，并没有得到生产大田能利用的抗盐植株。目前比较一致的观点是：植物的耐盐性是多种生理性状的综合表现，是由位于不同染色体上的多个基因控制的，因此培育有实践意义的转基因植物可能需要同时转入多个基因。植物耐盐基因工程的工具基因植物作为固着生物，为了适应变化的环境就必须对胁迫产生快速应答，盐胁迫也不例外。植物耐盐应答机制主要包括生理和分子细胞两个水平，以下根据不同耐盐机制对相关基因进行分类介绍。１．１离子调节相关基因

Ｎａ＋是盐渍土壤中主要的有害离子，在植物体中过量积累会破坏细胞膜结构、使膜选择性丧失、降低胞质酶活性、阻碍光合作用和代谢过程，引发离子胁迫。植物要在高盐环境下维持正常生长发育．降低胞质Ｎａ＋浓度是关键，为此植物细胞采取了限制Ｎａ＋内流、增加Ｎａ＋外排、Ｎａ＋区隔化等策略。高等植物中Ｎａ＋外排主要依赖于质膜Ｎａ＋／Ｈ＋反向转运蛋白，而植物囊泡中Ｎａ＋区隔化则通过液泡膜Ｎａ＋／Ｈ＋反向转运蛋白来实现。ＧａｘｉｏｌａＲＡ等人首先在拟南芥中克隆了编码液泡膜Ｎａ＋／Ｈ＋反向转运蛋白的ＡｔＮＨＸｌ基因。Ａｐｓｅ等人在拟南芥中超量表达ＡｔＮＨＸｌ基因提高了植株的耐盐性，并对番茄和油菜进行转化，得到了可在２００ｍＭＮａＣｌ条件下正常生长结实的转基因植株，获得了世界第一批真正意义上的耐盐作物。此后又分离了多种高等植物ＮＨＸｌ基因．ＣｈｅｎＬ Ｈ等人将ＡtＮＨＸｌ基因导人养麦，获得了可在２００ｍＭＮａＣＩ条件下生长开花且主要营养成分未受影响的转基因植株，此时野生型植株已无法正常生长。Ｎａ＋大量涌人还会破坏细胞内离子平衡，引发营养胁迫。但是质膜上没有Ｎａ＋特异转运蛋白，认为Ｎａ＋吸收是通过高亲和性及低亲和性Ｋ＋转运系统完成的，而Ｋ＋又在酶活性调节、蛋白质合成、渗透调节等生理过程中具有重要作用，可见保持胞质Ｋ＋浓度、维持Ｎａ＋／Ｚ＋比率不仅是植物生长也是抗盐的关键。ＨＫＴ类蛋白既可作为高亲和Ｋ＋转运体，又可作为Ｎａ＋转运体，也可能具有双重功能但选择性不同，认为ＨＫＴ蛋白在植物抗盐过程中发挥作用。ＳｃｈａｃｈｔｍａｎＤＰ等人率先克隆了小麦ＨＫＴＩ基因。此后克隆了多个植物ＨＫＴ蛋白同源基因。Ｒｅｎ等人从水稻中分离的编码ＨＫＴ型转运蛋白的ＳＫＣｌ基因，具有选择性转运Ｎａ＋的功能，有助于维持高盐条件下枝条中高Ｋ＋含量，促进植物生长。

ｌ.2 高盐环境下，外界渗透势较低会导致植物细胞水分亏缺，即产生渗透胁迫。为了抵御渗透胁迫，植物将积累小分子（糖醇、氨基酸、胺类化合物等）和大分子（水通道蛋白、保护性蛋白、渗调蛋白等）渗透保护物质，认为利用合成渗透保护物质的基因转化植物可以提高耐盐性。甘露糖醇一１一磷酸脱氢酶是甘露糖醇代谢途径中的关键酶，催化果糖合成甘露糖醇的反应。用大肠杆菌中编码甘露糖醇一卜磷酸脱氢酶的ｍｔｌＤ基因转化毛白杨得到的转化株可在７５ｍＭＮａＣＩ条件下生长，而野生株生长受到抑制。甘氨酸甜菜碱在植物细胞中积累可以增强植物耐盐性。其合成过程涉及胆碱单加氧酶和甜菜碱醛脱氢酶两个关键酶。目前大麦、水稻、菠菜、山菠菜和甜菜中的甜菜碱醛脱氢酶基因都已经被克隆。ＳｈｉｒａｓａｗａＫ等人使水稻超量表达菠菜ＣＭＯ基因，转化株甘氨酸甜菜碱含量较野生型提高９倍，可在１５０ｍＭＮａＣＩ条件下生长。ＫｕｍａｒＳ等人通过质体转化法使甜菜碱醛脱氢酶基因在胡萝卜中表达获得了可在４００ｍＭＮａＣｌ条件下生长的转基因植株，此时野生型植株已经无法存活，这是目前已知转基因植物所能耐受的最高盐浓度。ＬＥＡ蛋白能够在种子成熟干燥过程或渗透胁迫条件下保护细胞免受低水势损伤，ＬＥＡ基因是第一个鉴定到的在种子成熟和发育阶段表达的基因。ＨａｎＬＭ等人利用小麦ＬＥＡ蛋白编码基因Ｔ４——ＬＥＡｌ转化得到的丹参能够在１％ＮａＣｌ胁迫条件下生长。１．３氧化调节相关基因

离子胁迫和渗透胁迫是高盐毒害的两个主要方面，它们还会诱发次级氧化胁迫，即产生活性氧自由基、破坏膜和酶系统。过氧化物酶、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、维生素Ｅ、还原型谷胱甘肽、抗坏血酸还原酶等可作为植物体内保护酶系统协调作用清除膜脂过氧化产生的活性氧类物质，保护膜及细胞内酶系统不受破坏，利用相应编码基因对植物进行转化使抗氧化剂高水平积累可以有效提高耐盐性。ＧａｏＸ等人用２００ｍＭＮａＣｌ处理超量表达ｓＤＤ２基因的转基因和野生型拟南芥，二者发芽率均下降，但转化株发芽率下降水平仅为野生株的１／１０～１／３。表达水稻脱氢抗坏血酸还原酶基因的拟南芥能够在１００ｍＭＮａＣＩ条件下发芽，而此时野生株萌发受到抑制，证实增强植物脱氢抗坏血酸还原酶活性、提高总抗坏血酸盐含量可显著增强植物耐盐性。

１．4调控耐盐基因表达的转录因子

乙烯应答元件是植物中重要的特异转录因子，可以与乙烯应答ＧＣＣ盒和干旱应答元件发生互作。用编码乙烯应答因子型转录因子的大麦根富集因子基因转化拟南芥，对转化植株进行高盐处理后种子和根仍可正常萌发生长，表明大麦根富集因子基因对植物盐胁迫应答具有调控作用Ｃ２Ｈｚ型锌指蛋白是真核生物基因组中最丰富的锌指蛋白，其ＥＡＲ阻遏物结构域在植物非生物胁迫应答调节中具有重要作用。Ｃｉｆｔｃｉ ＹｉｌｍａｚＳ等人用Ｚａｔ７转化拟南芥，得到了可在１５０ｍＭＮａＣＩ条件下生长的转化植株，ＮａＣｌ浓度为１００ｍＭ时，野生型植株和ＥＡＲ结构域缺失或发生改变的突变植株就已经无法存活。近几年来，科学家们研究发现了一系列逆境胁迫相关基因，目前多个植物耐盐相关基因已被克隆而且这些基因与植物耐盐性状的关系也得到初步确认。小分子渗透调节物质合成相关基因克隆及基因工程

在盐胁迫下，由于外界渗透势较低，植物细胞会发生水分亏缺现象，即渗透胁迫。植物为了避免这种伤害，在逆境情况下必须产生一种适应机制，多数植物能够通过积累大量的代谢物质如糖类（果糖、蔗糖、海藻糖等）、氨基酸（脯氨酸）等来调节植物细胞内渗透压与外界平衡，降低体细胞水势，保持膨压。维持高的细胞质渗透压，保证细胞的正常生理功能。Ｂｒａｙ认为脯氨酸、甜菜碱等小分子有机物的大量积累不会破坏其它生物大分子的结构和功能，同时表现出良好的亲和性，也具有较强的渗透调节作用，是理想的渗透物质。

2．1 甜菜碱

甜菜碱是一类铵化合物，化学名称为Ｎ一甲基代氨基酸。植物中的甜菜碱有１２种，最简单的、研究最多的甘氨酸甜菜碱。许多高等植物，尤其是藜科和禾本科穰物，在受到盐胁迫时积累大量甜菜碱，其积累水平与植物抗胁迫能力成正比。其生物合成是从胆碱开始经２步氧化生成的。首先在胆碱加单氧酶的催化下，胆碱合成甜菜碱醛，然后，甜菜碱醛在甜菜碱醛脱氲酶催化下形成甜菜碱。胆碱单加氧酶、甜菜碱醛脱氲酶两种酶都存在于叶绿体基质中，其活性受盐胁迫诱导。盐碱胁迫能使甜菜碱醛脱氲酶活性显著增加，并且与甜菜碱的积累具有相关性，但这方面的研究多限于幼苗或成熟植株以及胁迫诱导下植物体内甜菜碱含量及甜菜碱醛脱氲酶活性的动态变化。Ｍｅｎｇ等从苋中，克隆了胆碱单加氧酶基因全长ｃＤＮＡ，为一个编码４４２个氨基酸的多肽，通过ＤＮＡ印迹分柝该基因在基因组中为单拷贝，受予旱和盐胁迫诱导。甜菜碱醛脱氲酶是一个６０ｋＤ的多肽二聚体，主要集中在菠菜和甜菜叶绿体基质中。ＭｃＣｕｅ等在对甜菜进行的研究中克隆了３个负责编码甜菜碱醛脱氲酶的ｅＤＮＡ，发现三者的核酸序列差异较小。肖岗等从耐胁追很强的藜科植物山菠菜中克隆了甜菜碱醛脱氲酶的ｅＤＮＡ。Ｉｓｈｉｔａｎｉ等从大麦中克隆到了甜菜碱醛脱氲酶基因的ｅＤＮＡ，通过分析发现其与大肠杆菌中的胆碱单加氧酶基因有高度的同源性，同时发现该基因受干旱和盐胁迫诱导。目前甜菜碱醛脱氲酶的编码基因已经被应用到抗逆性基因工程当中：梁峥等将菠菜中的甜菜碱醛脱氢酶基因转入到烟草中，结果发现获得转基因植株中甜菜碱积累量显著增加，植株的抗旱以及耐盐牲均获得提高。郭北海等采爆基因枪法将由菠菜甜菜碱醛残氢酶基因导入小麦品种，并且得以表达。在盐胁迫条件下，多数转基因植株叶片的甜菜碱醛脱氲酶活性比受体亲本提高ｌ～３倍，部分植株相对电导率比亲本明显低，表明转基因植株的细胞膜在胁迫时有受损较轻倾向。孙仲序等将其成功地转入葡萄。

2．2 胃溶性糖

盐胁迫除了诱导一些小分子溶质外，还可诱导可溶性糖的变化，这蝗糖类有果聚糖、海藻糖等。这些可溶性糖类在植物体内也起到了重要的渗透压调节作用。果聚糖广泛存在于植物和微生物的细胞液泡中，而某些植物还能以果聚糖的形式储存光合作用固定的能量。果聚糖在细胞内是可溶的，在植物遭遇到盐胁迫能够降低细胞的水势，参与细胞的渗透调节。Ｐｉｌｏｎ Ｓｍｉｔｓ克隆到了枯草杆菌枯草杆菌果聚糖蔗糖转移酶基因，并将枯草杆苏打中枯草杆菌果聚糖蔗糖转移酶基因与液泡定位信号连接，启动子为组成型后，然后转入烟草。外源基因得到表达，转基因植株的非机构性糖类明显高于对照，在转基因甜菜植物中表达枯草杆菌果聚糖蔗糖转移酶基因，在胁迫条件下，能够积累暴聚糖，增强抗旱性。枯草杆菌果聚糖蔗糖转移酶基因基因对植物抗盐性的提高也有帮助，张慧等将枯草杆菌果聚糖蔗糖转移酶基因，与克隆自酵母的羧肽酶Ａ的液泡引导信号序列连接得到嵌合基因构建双元表达载体，经农杆菌介导转化烟草。获得的抗性芽能在含１％ＮａＣｌ的ＭＳ培养基上正常生根，转基因小苗浇灌含１％ＮａＣｌ的ｈｏａｌａｎｄ，Ｓ营养液转基因烟草植株生长良好，而未转化苗出现明显萎蔫，结果显示枯草杆菌果聚糖蔗糖转移酶基因基因的植物基因工程可提高烟草植株的耐盐性。海藻糖是一种还原性双糖，一般存在于低等生物（如酵母、细菌等）中，其化学结构和在维管植物中普遍存在的蔗糖的化学结构很相似，在胁迫环境下，海藻糖能够阻止细胞磷脂双分子膜由液晶态向固态转变，能够稳定蛋白质等高分子物质，从而增加细胞对盐胁迫的抵抗力。另外，在一些极端耐旱的复苏植物含有大量海藻糖，对其抵御干旱胁迫起到了至关重要的作用，可以使其桔死后得以复活。在酵母中，海藻糖的合成由海藻糖一６一磷酸合酶和海藻糖一６一磷酸磷酸酶共同完成。通过转基因，使植物产生和积累海藻糖，提高植物抗旱性的工作已经有报道，Ｈｏｌｍｓｔｒｍ等将海藻糖一６一磷酸合酶基因转入烟草，转基因植株胁迫后复水可恢复生长，而对照则枯萎了。表现出海藻糖一６一磷酸合酶基因能够提高植物的耐脱水能力。赵恢武的结果证实海藻糖一６一磷酸合酶基因能够提高烟草抗旱性，但发现烟草的正常生长受到影响。王自章等利用农杆菌介导法将海藻糖合酶基因转入甘蔗，获得抗渗透胁迫能力增强植株。酵母的羧肽酶Ａ的液泡引导信号序列连接得到嵌合基因构建双元表达载体，经农杆菌介导转化烟草。获得的抗性芽能在含１％ＮａＣｌ的ＭＳ培养基上正常生根，转基因小苗浇灌含１％ＮａＣｌ的ｈｏａｌａｎｄ，Ｓ营养液转基因烟草植株生长良好，而未转化苗出现明显萎蔫，结果显示枯草杆菌果聚糖蔗糖转移酶基因基因的植物基因工程可提高烟草植株的耐盐性。海藻糖是一种还原性双糖，一般存在于低等生物（如酵母、细菌等）中，其化学结构和在维管植物中普遍存在的蔗糖的化学结构很相似，在胁迫环境下，海藻糖能够阻止细胞磷脂双分子膜由液晶态向固态转变，能够稳定蛋白质等高分子物质，从而增加细胞对盐胁迫的抵抗力。另外，在一些极端耐旱的复苏植物含有大量海藻糖，对其抵御干旱胁迫起到了至关重要的作用，可以使其桔死后得以复活。在酵母中，海藻糖的合成由海藻糖一６一磷酸合酶和海藻糖一６一磷酸磷酸酶共同完成。通过转基因，使植物产生和积累海藻糖，提高植物抗旱性的工作已经有报道，Ｈｏｌｍｓｔｒ６ｍ等将海藻糖一６一磷酸合酶基因转入烟草，转基因植株胁迫后复水可恢复生长，而对照则枯萎了。表现出海藻糖一６一磷酸合酶基因能够提高植物的耐脱水能力。赵恢武的结果证实海藻糖一６一磷酸合酶基因能够提高烟草抗旱性，但发现烟草的正常生长受到影响。王自章等利用农杆菌介导法将海藻糖合酶基因转入甘蔗，获得抗渗透胁迫能力增强植株。３与耐盐性相关的调控元件和因子

植物在生长过程中，对各种环境胁迫会做出一系列反应，特异表达一些基因，以适应不利的环境条件。这就要求对各种功能的基因进行精确的调控。透过研究这些基因的表达，发现很多基因的表达受到其启动子附近的顺式作用元件以及与之相结合的反式作用因子的调控。在拟南芥中，Ｐｉｌｏｎ Ｓｍｉｔｓ等报道了一批受脱水诱导的基因Ｒｄ，其中一个受脱水和低温诱导基因ｒｄ２９Ａ的启动子中的一个９ ｂｐ的脱水响应元件，碱基序列为ＴＡＣＣＧＡＣＡＴ，是一种典型的顺式作用元件。刘强等通过对比其它受干旱、高盐以及低温诱导的基因，发现这些基因的启动子都有ＤＲＥ核心序列。可以认为ＤＲＥ核心对这些基因在逆境下表达起着调控作用。反式作用因子的编码基因能够促进相应基因的表达。Ｌｉｕ等发现属于一个基因家族的两个转录因子基因ＤＲＥＢＩＡ和ＤＲＥＢ２Ａ，表达产物为ＤＲＥ结合因子，结合在ｒｄ２９Ａ基因的启动子区域，分析认为ＤＲＥＢｌＡ和ＤＲＥＢ２Ａ是相互独立的、在分属不同的干旱和盐胁迫信号传导途径中起着反式作用因子的作用。并发现转整合了组成型启动子３５Ｓ后的ＤＲＥＢＩＡ和ＤＲＥＢ２Ａ基因的拟南芥能够显著提高抗胁迫能力，但ＤＲＥＢＩＡ过量表达，对其的正常生长产生不良影响。当在干旱诱导型启动子ｒｄ２９Ａ的启动子驱动下，这种负面影响降到最低限度，仍然能观测到增强的抗胁迫能力。

４展望

土壤盐渍化是影响农业生产和生态环境的一个重要的非生物胁迫因素。通过基因工程来培育耐盐的农作物新品种为有效解决这个问题提供了一个薪的思路。对予植物耐盐基因工程来讲，获得关键耐盐基因尤为重要，随着功能基因组学的开展，以及表达序列标签及ｃＤＮＡ微阵列、基于转座子标签和Ｔ—ＤＮＡ标签的反求遗传学技术等新技术的应用，使得关键的耐盐基因的分离及其功能鉴定变得更容易了。相信随着分子生物学技术和方法的不断发展和完善，植物耐盐性的分子机理将逐步被了解，进而使通过基因工程方法提高植农作物耐盐性成为可能。

参考文献

[1]王宝山．植物液泡膜质子泵的研究[J]．植物学通报，2006(2)25-30 [2]杨平，蔡小宁等．拟南芥athx1基因克隆和ere(10x)植物表达载体的构建[J]．江苏农业科学，2007(6)：348—350．

[3]FLOWERS T J．TROKE P F，YEO A R．Themechanism of salttolerancein halophytes[J]．Annum Review of Plant Physiology，2007，28：89一121． [4]GRFENWAY H，MUNNS R．Mechanism of．salt tolerance in nonhalophytes[J]．Annum Review of Plant，2005，31：149—190． [5]WAINwYdm S J．Plants in relation to salinity[J]．Advances in Botanical Research，2008：221—259．

[6]仲崇斌，刘长江 碱蓬CMO eDNA基因克隆、测序及重组植物表达载体的构建[J]．中国生物工程杂志，2006，26(7)：80—83．

[7]伺晓兰，侯喜林．吴纪中，等 甜菜碱脱氢酶(BADH)基因的克隆及序列分析[J]．南京农业大学学报，2004，27(1)：15—19．

[8]E红，陶建敏，张红梅，等．盐地碱蓬甜菜碱合成酶基因的克隆及植物共表达载体的构建[J]．西北植物学报．2007，27(2)：215—222．

[9]张雨良，罗淑萍，杨峰等．新疆盐生植物猪毛菜逆向运输蛋白基因SaNttXI RACE的克隆及序列分析[J]．新疆农业科学，2008，45(3)：5ll一516．

[10]蔡伦，张富春，马纪等．新疆3种黎科盐生植物NHX基因的克隆与序列分析比较[J]．植物生理学通讯，2005，41(3)：383—387．

[11]蔡小宁，杨平，责爱玲等．盐芥ThHKTI基因的克隆．江苏农业科学，2006(6)：2l——24．

[12]李艳艳，李平华，王宝山．盐胁追下盐地碱蓬叶片液泡膜H+．ATPaseH亚基的克隆与表达分析[J]．西北植物学报，2006，26(1)：63—67．

第三篇：农业信息技术论文

农业信息技术的应用与提高农业生产力

摘要：21世纪，信息技术已广泛用于人类社会的各个方面，也正向农业领域渗透。随着现代农业信息技术的广泛应用，信息技术将为农业科学技术带来一次新的革命。当前充分利用农业信息技术，加速农业现代化建设进程，利用先进的科学技术大大的提高农业生产力，对于促进建设社会主义新农村具有重要意义。

关键词:信息技术 精细农业 3S技术 专家系统 信息管理系统 农业生产

现代农业

引言：进入21世纪，人类将进入一个科学技术突飞猛进、革命性的重大科学突破不断涌现的新时代。农业作为一个最古老、最基础的产业，在以生物技术、信息技术等为主导的农业新技术革命推动下，也将发生质的改变。

信息传播是影响社会发展的重要因素。作为传播信息的最重要媒介，互联网络正以惊人的速度发展着。由于网络根本地改变了体现了人的本质特征的信息生产、传播方式，并进而改变了人类的生产、生活方式，所以它必然带动社会整体的变迁，把人类带入高度信息化的社会。传播是信息的基础，而沟通信息是传播是关键，可以说，传播与沟通是相互相成的。

一．信息技术在农业生产中的应用举例 1.1 精细农业

1.1.1 精细农业的概念 精细农业是综合应用地球空间信息技术、计算机辅助决策技术、农业工程技术等现代高新技术，以获得农田“高产、优质、高效”的现代

化生产模式和技术体系。其核心技术是地理信息系统、全球定位系统、遥感技术和计算机自动控制技术。

1.1.2 精细农业的核心指导思想长期以来，农业生产都是以田块生产为基础，把田块看作是作物均匀生长的地块进行统一的管理。但实际上，在同一田块内，土壤类型、肥力、苗情都存在着明显的差异性，这就要求对作物栽培实施定位管理，按需变量投入。“精细农业”的核心指导思想就是利用现代空间信息技术即卫星定位系统对采集的农田信息进行空间定位；利用遥感技术获取农田小区内作物生长环境、生长状况的大量时空信息；利用地理信息系统建立农田土地管理、自然条件、作物产量的空间分布等数据库，并对作物苗情、病虫害、墒情的发生发展趋势进行分析模拟；在获取上述信息的基础上，利用作物生产管理决策支持系统对生产过程进行调控，指导农田管理，促进田块内资源的有效、合理利用。1.1.3 精细农业的技术支持体系

1.1.3.1 3S技术。3S 技术是GPS（全球定位系统）技术、RS（遥感）技术和GIS（地理信息系统）技术的简称。GPS具有高精度、全天候的实时定位和导航能力，能为遥感实况数据提供空间坐标，利用GPS定位引导定量获取农田内作物产量和影响作物生长的环境因素信息；RS技术是指从远距离高空或外层空间的各种平台上，通过摄影或扫描、信息感应识别地面物质的性质和运动状态的技术；GIS 是一个空间信息输入、储存管理、分析应用与结果输出的计算机化系统，在GIS中利用各种空间分析方法生成差异性信息分布图，通过分析影响小区产量差异原因，制定经济、合理的生产决策方案，生成作物管理处方图，指导农田定位作业。还具有强大的空间分析和辅助决策功能，能实现快速、准确的空间分析和动态监测研究。三者有机结合集成了空间、电子、计算机、数据库、信息、通讯、人工智能和地球科学等众多学科的发展成就，为农业发展提供了全新的技术。1.1.3.2 DSS(智能化辅助决策支持系统)。DSS 实现了由计算机自动组织和协调多模型的运行以及对数据库中数据的存取与处理，从而达到更高层次的辅助决策能力。决策支持系统包括模型库、数据库、知识库、方法库及其管理系统等。近几年来，人工智能技术的最新成果，被引入决策支持系统，使系统的决策水平和决策自动化程度得到了提高。精细农业技术体系中，DSS根据作物生长、作物栽培、经济分析、空间分析、时间序列分析、统计分析、趋势分析以及预测分析等模型，综合土壤、气候、资源、农用物资及作物生长的有关数据进行决策，结合农业专家知识，对不同的决策目标分别给出最优方案，以指导田间操作。1.1.3．3 计算机分类处理技术。计算机分类处理是从遥感影像上提取地类信息的一种重要手段，传统的分类方法只考虑地物的光谱特性，采用影像元进行逐点分类的方法，它没有利用光谱以外的其他辅助信息，因而分类精度不高。就植被类型而言，其分布常受地形、地貌等因素的影响。因此，合理利用地形等辅助信息参与影像的分类或利用这些信息对影像的分类结果作后处理，能达到提高分类精度的目的。

1.1.3.4 获取机械产量计量与产量分布图生成技术。获取农作物小区产量信息，建立小区产量空间分布图，是实施“精细农业”的起点，是实现作物生产过程中科学调控投入和制定管理决策措施的基础。

1.1.3.5 农田信息采集与处理技术。农田信息采集与处理是实施“精细农业”实践的基础工作，是农田GIS和作物生产管理辅助决策系统的主要数据源和参数，它还是智能化农机具行为的基本依据。

1.1.3.6 系统集成技术。上述这些技术共同协作，构成一个完整的精细农业技术体系。系统集成技术，就是要解决各子系统间的接口设计，数据格式、通信协议标准化等问题。

1.1.3.7 精细农业的技术思想精细农业的技术支持体系主要数据输入GIS结合事先储存在GIS中定期输入的或持久性数据，专家系统及其他决策支持系统对信息进行加工、处理，做出适当的农业作业决策，再通过作业者或农业机器携带的计算机控制器控制变量执行设备，实现对作物的变量投入或操作调整。通过“3S”自动地监看电脑卫星图像资料，利用全球定位系统，可依据田间每一操作单元（位点）的具体条件，精细准确地调整各项土壤和作物管理措施，最大限度地优化使用各项农业投入，以获取最高产量和最大的经济效益。

1.2 农业专家系统

1.2.1 农业专家系统综合了大量农业专家的经验,把分散的、局部的单项农业生产技术综合集成起来,经过智能化的、综合性的信息决策处理,能针对不同的生产条件,给出最佳的农业生产管理解决方案,为农业生产全过程提供高水平的信息和决策服务。

1.3 农业信息网络技术

1.3.1 农业信息服务是农业信息利用的主要内容，是组织实施信息农业的应用平台和服务体系，一般包括农业资源环境信息管理、农业系统监测评估、农业区划与管理决策、农业电子商务等应用系统。农业信息网络建设是提高农业综合生产能力的一项重要基础工程。其主要特点表现在五个方面：一是快速、准确全面地了解国内外农业发展动态；二是有利于农业工作者工作手段的改善，共享农业信息资源，协同攻关；三是有利于实现农业系统办公自动化，提高工作效率和管理水平；四是建立基于网络和多媒体的农业成果推广系统，缩短农业技术的推广周期；五是有利于建立农业信息市场，实现网上交易。

1.4 农业信息管理系统

1.4.1 管理信息系统(MIS)是收集和加工系统管理过程中有关信息，为管理决策过程提供帮助的一种信息处理系统。我国农业管理信息系统在数据处理和农业经济管理等方面已得到了开发利用。如研制了作物产量气候的统计模拟模型，成功地开发作物产量气候分析预报系统AP-CS；中科院研究的多媒体小麦生产管理系统和棉花生产管理模拟系统，有效地将播种期、密度、施肥量和化学调控相结合，根据不同地区和不同年份提供高产优质棉花栽培优化方案。将来，农业信息管理系统应在引进人工智能技术、采用多媒体技术及计算机网络等方面发展。

二、信息技术与农业生产

2.1 信息作为市场经济条件下政府宏观调控的重要手段,也是生产主体进行经营活动的重要依据。建立完善的农业信息体系和信息服务功能,是推进农业结构调整顺利进行的重要条件.加快我省农业信息体系的建设,切实搞好信息服务,也是促进农业产业化发展和科技进步,引导农民调整农业结构,生产市场适销对路产品、增加收入的一项重要措施.2.2 市场信息是连接科技与农业的桥梁。一般来说，一项系统和完整的农技推广活动由主体、客体、和主客体间的传导机制及环境等几部分组成。主体是农技推广活动的实施者，客体是农技推广服务的对象、内容。传导机制是连接主体与客体的手段和方式方法，环境是主客体之外自然、社会、经济等其它因素。农技推广过程是主体与客体通过传导机制紧密联系，同时受环境直接或间接影响的过程。

2.3 信息技术有利于推广农业技术体系创新。农技推广体系人创新要符合新阶段的农业生产力发展的客观要求，要有利于为农业服务，能够满足广大人民群众对全方位优质服务的需要，真正实现推广主体的多元化。创新了机制，农业技术创新会给农民、消费者和农业要素带来新的收入流，在创新技术的早期使用者具有获得超额利润的激励，所以当技术进步带来的产品供给增加导致价格下降时，农民就会通过引进新技术来降低生产成本，但是随着新技术的扩散和随之而来的产品供给的增加，又会导致价格下降和超额利润的消失。为避免损失，后来者就会被迫采用更新技术。因此，要借助于市场机制的创新，使农民得到新收入流分配的有效激励，对农业生产创新技术的使用和推广具有重要的意义。

三、我国农业信息技术的应用

3.1信息技术在农业研究及技术推广中应用。我国已建成农业科研项目计算机管理系统（ARICMS），中国农业文献数据库，中国农业科技成果库，中国农业研究项目数据库，农业实用技术数据库等。“中国农业科学院网络中心”已建成，并与农业部、国家科委、国际信息网联网，大大促进了我国农业科技及其推广事业的发展，使各级领导、农业科技人员通过计算机网络就能了解国内外科技动态、水平及趋势，掌握科研课题的设置及进展，了解农业科研成果的推广与应用，为研究项目的立题、合作提供极为有效的手段，也使农民很容易得到他们需要的科技信息、致富信息。

3.2信息技术在农业经济管理中的应用。随着我国市场经济的建立，农业各生产要素的信息，如自然资源信息、法规信息、市场信息、实用技术信息等，无论是对决策者还是对广大农户都是极为重要的。及时、准确、可靠、全面的信息是经营管理的根本依据。上至农业决策者下到农民，因信息不灵而作出不正确的决策，在实际生产中经常出现，如山东苹果发展，因发展面积过大、发展品种不对路而积压滞销，造成巨大经济损失，因而有必要建成完备的农业宏观决策信息咨询系统及农业信息化服务体系。

3.3信息技术在防灾、减灾、避灾中的应用。我国是自然灾害频繁发生的国家，各种灾害如气象、洪涝、海洋、地质、地震、农林等自然灾害给人民的生命财产造成重大损失。信息是防灾、减灾、救灾、避灾的关键，由于遥感与地理信息技术能及时准确地获取有关信息，已广泛应用于信息采集和信息处理，实现灾前预警、灾情监控、灾后评估。1998年夏天长江防洪就是成功应用信息技术的范例，它应用了我国“风云二号”气象卫星，日本GMS静止卫星，90年代最先进的加拿大Radarsat微波遥感卫星及我国遥感飞机等遥感平台采集遥感数据，经高速计算机数据处理，对洪灾做出了准确预测预报，结合地理信息系统准确及时地预测出洪水可淹没的地物类型及高度，为防洪决策提供可靠依据，为我国战胜这一历史罕见的洪灾立下了特殊功劳。

四、深化农业信息技术在农业的应用

4.1 注重传播主体的效果。传播一项农业技术时，受众在通过一定渠道得到该技术的的信息并达到初步认知阶段后要使他们作出使用该项技术的决策更为困难，必须通过面对面传播即人际传播，才能使他们逐渐消除对新技术的疑惑，从而接受这项新技术。因此，一个有效的人际传播网络对传播是否成功是至关重要的，在这个人际网络中，核心人物是意见领袖，这样才能有效的把来自技术传播机构的信息传递到其他农户。在传播农业技术时，这种信息往往已通过他们的率先实践而具有可操作性。

4.2 体现信息的深层次。每个国家的农业技术中都有禀赋先天给定条件。在我国农业生产中由于投入资本的短缺,因此应该充分利用现有的信息技术获取更多的信息源,在国内进行技术研发的同时,模仿、引进国外的先进技术,降低农业生产成本,加强信息流通,减少农产品交易费用.与此同时,应对相关制度作合理安排,以促进我国农业向更深层次发展

4.3 克服信息传播的弊端。影响用户信息查寻行为的两个重要因素是可近性和易用性。信息需求的产生是因为在用户与信息服务者之间存在着知识差和信息差，在需求的动力下，用户的需求信息向信息提供方传递，信息服务者的供应信息向用户流动，在信息流动的碰撞中实现交易与分配。信息服务机构应加强内部管理，优化服务的手段与手续，强化系统功能设计，简化信息产品与应用系统的操作，并向用户提供培训工作，增强全社会的信息意识与信息能力，在传播信息产品时采用最方便用户接收与使用的现代信息技术，打破需求方与供给方的时空障碍，使信息产品得到顺畅有效的流动，提高信息产品的利用率。在信息时代，信息作为战略资源与生产力要素存在，信息服务将产生社会与经济双重效益。信息服务机构通过付出信息劳动与消耗成本，生产、加工并提供信息产品与信息服务，理所当然地要获得收益，费用-效益评价是信息服务生存与发展的前提。对于用户来说，用户支付了一定的金钱，耗费了一定的时间与精力来使用信息服务，就应当确保他有一定的投入-产出效益。在进行信息服务费用-效益评价时，要对用户和信息服务机构双方的效益做出综合分析，这种追求整体效益最大和供需双方互利的原则是信息服务产业化的必要条件。4.4 发挥信息服务机构的作用。我国地域广阔，农民居住分散，信息产品的有效传播存在着时空障碍，信息产品的利用存在用户信息能力障碍，信息服务机构要细分信息市场，并有前瞻性地开展一些义务的信息技术与信息应用培训、指导活动，以启发、启动农业信息用户的潜在信息意识，增强使用信息产品的能力。以现代信息技术为基础服务模式的信息服务机构，应开发出用户友好的人机交互界面，以大众化与“傻瓜”化的操作程序面向农业用户。信息服务机构应正确地理解农户需要的是信息内容，而信息技术与设备是实现信息传递的载体，要把工作重点摆在正确的方向。信息服务机构在为农业用户提供服务时，应从用户的切实需求出发，为用户提供真正能够带来一定信息效用的信息产品与服务。用户获得了效益，信息服务者的利益自然也会得到持续的保证。

4.5 合理利用综合信息。信息时代，信息环境网络化与数字化正在加速形成。信息资源空前爆炸式地生成与集合，信息用户的需求空前高涨又变化多样，信息资源呼唤共享与整合又将面临知识产权保护，信息服务机构更加注重细分市场与开发多元化的信息产品与服务，市场垄断与竞争等日益激烈，面临国内与国际信息市场的机会与挑战，这就是信息服务机构正在面对的复杂多变化的竞争信息环境。农业信息服务机构，要以农业信息用户的需求为导向，调整自己的服务模式、业务范围和产品与服务的质量，积极主动展开信息需求调研、信息意识启发、信息利用培训工作。

参考文献: ［1］汪懋华“精细农业”研究与工程科技创新［J］2农业工程学报,1999,3(1):1-7.［2］李德仁空间信息技术与农业发展［J］2大自然探索，1999(1):1-6 ［3］侯长谋:3S技术在广东省森林资源动态监测中的应用［J］.中南林业调 查规划，2002,5(2):44-45 ［4］蒋天弟，欧阳爱国2农业机械化智能化与21世纪精细农业［J］.中国农 业文摘，2003(2):32-35.[5]李存东,曹卫星,李旭.论作物信息技术及其发展战略[J].农业现代化研究,1998,19(1):17-20 [6]周永娟,马新明,张娟娟等.作物信息技术及其在棉花生产中的应用与展望[J].河南农业科学,2004(11):25-29

农 业 信 息 技 术 的 应 用 与 提 高 农 业 生 产 力

作者：王满

学院：农学院

班级：农产品标准化与贸09-1班 学号：0901109022

第四篇：农业信息技术论文

“数据库技术”在我国农业信息化建设中的作用

一、数据库技术概述

（一）、数据库基本概念

数据库系统是基于数据库的计算机应用系统。它包括了以数据为主体的数据库和管理数据库系统的系统软件DBMS，还包括了支持数据库系统的计算机硬件环境和操作系统环境、管理和使用数据库系统的人。

数据库技术是信息系统的一个核心技术。是一种计算机辅助管理数据的方法，它研究如何组织和存储数据，如何高效地获取和处理数据。是通过研究数据库的结构、存储、设计、管理以及应用的基本理论和实现方法，并利用这些理论来实现对数据库中的数据进行处理、分析和理解的技术。即：数据库技术是研究、管理和应用数据库的一门软件科学。

数据库技术是现代信息科学与技术的重要组成部分，是计算机数据处理与信息管理系统的核心。数据库技术研究和解决了计算机信息处理过程中大量数据有效地组织和存储的问题，在数据库系统中减少数据存储冗余、实现数据共享、保障数据安全以及高效地检索数据和处理数据。

数据库技术研究和管理的对象是数据，所以数据库技术所涉及的具体内容主要包括：通过对数据的统一组织和管理，按照指定的结构建立相应的数据库和数据仓库；利用数据库管理系统和数据挖掘系统设计出能够实现对数据库中的数据进行添加、修改、删除、处理、分析、理解、报表和打印等多种功能的数据管理和数据挖掘应用系统；并利用应用管理系统最终实现对数据的处理、分析和理解。

（二）、数据库技术发展

数据管理技术是对数据进行分类,组织,编码,输入,存储,检索,维护和输出的技术.数据管理技术的发展大致经过了以下三个阶段:人工管理阶段；文件系统阶段；数据库系统阶段。

1、人工管理阶段

20世纪50年代以前,计算机主要用于数值计算。从当时的硬件看,外存只有纸带,卡片,磁带,没有直接存取设备；从软件看(实际上,当时还未形成软件的整体概念),没有操作系统以及管理数据的软件；从数据看,数据量小,数据无结构,由用户直接管理,且数据间缺乏逻辑组织,数据依赖于特定的应用程序,缺乏独立性。

2、文件系统阶段

50年代后期到60年代中期,出现了磁鼓,磁盘等数据存储设备。新的数据处理系统迅速发展起来。这种数据处理系统是把计算机中的数据组织成相互独立的数据文件,系统可以按照文件的名称对其进行访问,对文件中的记录进行存取,并可以实现对文件的修改,插入和删除,这就是文件系统。文件系统实现了记录内的结构化,即给出了记录内各种数据间的关系.但是,文件从整体来看却是无结构的。其数据面向特定的应用程序,因此数据共享性,独立性差,且冗余度大,管理和维护的代价也很大。

3、数据库系统阶段

60年代后期,出现了数据库这样的数据管理技术。数据库的特点是数据不再只针对某一特定应用,而是面向全组织,具有整体的结构性,共享性高,冗余度小,具有一定的程序与数据间的独立性,并且实现了对数据进行统一的控制。

（三）、数据库的作用

(1)完善地管理各种数据库对象，具有强大的数据组织、用户管理、安全检查等功能。

(2)强大的数据处理功能，在一个工作组级别的网络环境中，使用Access开发的多用户数据库管理系统具有传统的XBASE(DBASE、FoxBASE的统称)数据库系统所无法实现的客户服务器(Cient/Server)结构和相应的数据库安全机制，Access具备了许多先进的大型数据库管理系统所具备的特征，如事务处理、出错回滚能力等。

(3)可以方便地生成各种数据对象，利用存储的数据建立窗体和报表，可视性好。

(4)作为Office套件的一部分，可以与Office集成，实现无缝连接。

(5)能够利用Web检索和发布数据，实现与Internet的连接。Access主要适用于中小型应用系统，或作为客户机/服务器系统中的客户端数据库。

二、信息技术

信息技术(Information Technology，IT)是当今使用频率最高的名词之一，它随着计算机技术在工业、农业以及日常生活中的广泛应用，已经被越来越多的个人和企业作为自己赶超世界潮流的标志之一。而数据库技术则是信息技术中一个重要的支撑。没有数据库技术，人们在浩瀚的信息世界中将显得手足无措。

三、数据库技术在农业信息化建设中的应用

农业信息数据库的建设是农业信息技术工作的基础。

（一）、实例

2011年，农业部以信息化推进农业现代化，利用信息技术改造传统农业，全面提升农业产业质量，推进农业发展方式转变，促进农业可持续发展。

规划统领农业信息化全面发展。农业部发布了“十二五”时期全国农业农村信息化发展的纲领性文件——《全国农业农村信息化发展“十二五”规划》，科学分析农业农村信息化面临的形势和实际需求，明确了“十二五”时期农业农村信息化发展的发展目标、主要任务、区域布局、重点工程和保障措施，为未来五年在农业生产、经营、管理、服务中全面推进信息技术应用提出了指导意见。

“金农工程”推进电子政务驶入“快车道”。作为国家电子政务重点建设的12个系统之一的“金农工程”，今年圆满完成一期建设任务，正式投入使用。目前，农业部本级项目已建成10多个电子政务信息系统，开发60多个行业数据库，建成集农业部门户网站及部领导、司局和事业单位50多个子站、30多个地方子站、100多个行业（专业）频道为一体的国家农业门户网站群。农业信息采集系统包括16个统计业务子系统，系统填报用户近3万，批发市场价格采集系统每日采集价格近万笔，电子结算数据十几万条。网站群日访问量达500万次以上，用户访问者数8-10万人。

物联网架起现代农业“金桥”。农业部充分调动社会力量，与中国移动、中国联通等运营商开展合作，支持农业大学、农业科学院等一批科研院校攻关研发，与北京、黑龙江、江苏等省（区、市）合作实施，共同探索利用信息技术改造传统农业、装备现代农业的途径和方式，重点开展3G、物联网、云计算等现代信息技术在农业生产环节的应用示范，先进信息技术和信息管理系统在生产中得到广泛应用。

12316“三农”服务热线成为广大农民好帮手。农业部积极指导各省区市开展农业信息服务，规范统一了各地“三农”服务热线，在全国开通了12316农业系统公益服务统一专用号码，统一热线电话服务，为农民提供科技、市场、价格、政策、假劣农资投诉举报等全方位的即时信息服务。目前，全国各省区市已基本开通了12316“三农”服务热线，每年咨询人数达上千万人次，帮助农民增收和为农民挽回直接经济损失超过50亿元。

（二）、意义

数据库技术的应用，帮助千家万户的农民及时获取产品和价格信息，扩大农产品及农资产品的销售和服务半径，使分散、少量、单一的农产品交易规模化、组织化，促进农产品产供销模式变革。目前，全国农村电子商务网站已超过3万家，其中涉农网站6000家以上。许多地方创新性地建立了多种农产品电子商务模式，解决了农产品流通销售过程中遇到的难题。

中国加入ＷＴＯ后 ,国际市场竞争激烈 ,只有采用信息技术 ,融入国际经济大环境中 ,才能参与竞争。因而 ,利用信息技术帮助农户优化农业生产结构 ,提供市场信息 ,提高产量 ,提高抵御自然和市场双重风险的能力 ,具有特别重要的意义

随着我国社会主义新农村建设的不断深入,国家加大支农资金的投入,农村基础设施逐步完善,加速农业信息化,推进农业产业化,有利于增加农民收入、提高农民生活水平、促进农村经济社会的全面进步。农业信息化提高农业稳定系数,增加农民收入农业受自然因素、经济因素、市场因素、人为因素的影响较大,属弱势产业。农民承担多重风险,收入低、稳定性差。农业信息化则可以在很大程度上缓解农民的压力和风险,在农业生产各个环节发挥科学指导作用,降低农民的损失。农业生产周期长,信息化有利于农民在产前进行经济预测、市场分析、选择种植品种,避免收获季节农产品积压,减少收入;同时,还可帮助农民选择购置农用物资,节约成本,减少投入。在生产过程中,为农民提供各种指导,加强对病虫害的防治和先进科学技术的推广,加快农业科技成果的转化,提高产品质量和数量,增强产品的市场竞争力。利用信息化系统及时掌握市场行情,解决农产品销售问题,做到增产增收,确保提高农民收入。农业信息化促进农村发展农业信息化有利于增加农民收入,促进农村发展,加快社会主义新农村建设步伐,逐步实现生产发展、生活富裕、乡风文明。

第五篇：生物技术论文

生物芯片技术及其在环境科学方面的应用全是别人的，加点自己的

摘要：生物芯片技术是20世纪以来发展迅速且引人瞩目的一个前沿领域。本文主要介绍了生物芯片技术在环境化学、环境微生物检测以及环境医学领域中的应用。并对生物芯片在环境领域的应用前景做出了展望。

关键词：生物芯片;环境科学;

生物芯片（biochip）技术是20世纪90年代初期发展起来的一个新兴的领域，自从1991年Fodor等提出DNA芯片的概念后，近年来以DNA芯片为代表的生物芯片技术得到了迅猛发展。生物芯片是融微电子学、生物学、物理学、化学、计算机科学为一体的高度交叉的新技术，其概念源于计算机芯片。它主要是指通过微加工和微电子技术在固体基质表面构建微型生物化学分析系统，以实现对生命机体的组织、细胞、蛋白质、核酸、糖类及其它生物组分进行准确、快速、高通量的检测。生物芯片技术的本质特征是利用微电子、微机械、化学、物理及计算机，将生命科学研究中的样品检测、分析过程实现连续化、集成化、微型化。芯片上集成了成千上万密集排列的分子微阵列或分析元件，能够在短时间内分析大量的生物分子，快速准确的获取样品中的生物信息，检测效率是传统检测手段的成百上千倍。该技术被评为1998世界十大科技进展之一。目前，生物芯片已在环境微生物检测、环境化学及环境医学等研究方向重显现出独特的优势。

一、生物芯片的分类及其原理 常见的生物芯片主要分为三大类：即基因芯片、蛋白质芯片、芯片实验室。

1.基因芯片（Gene chip）基因芯片又称DNA芯片（DNA chip）。）。最初的生物芯片主要用于基因测序、基因表达图谱的鉴定和基因突变的分析与检测，而且随着人类基因组计划的逐步实施以及分子生物学的迅猛发展，基因芯片己成为生物芯片中最重要的一类。基因芯片是在基因探针的基础上研制出的，所谓基因探针只是一段人工合成的碱基序列，在探针上连接一些可检测的物质，根据碱基互补的原理，利用基因探针到基因混合物中识别特定基因。它将大量探针分子固定于支持物上，然后与标记的样品进行杂交，通过检测杂交信号的强度及分布来进行分析。

2蛋白质芯片（Protein Chip）蛋白质芯片与基因芯片的基本原理相同，但它利 用的不是碱基配对原理而是抗体与抗原结合的特异性即免疫反应来检测。蛋白质芯片构建的简化模型为：选择一种固相载体能够牢固地结合蛋白质分子（抗原或抗体），这样形成蛋白质的微阵列，即蛋白质芯片。蛋白质芯片的检测原理类似于抗原、抗体检测的 ELIS法，如采用双抗夹心的形式，通过机械点涂的方法，将多种不同的单克隆抗体点样固定在固相介质表面（一般是膜介质）上，制备抗体蛋白芯片，并与多种抗原样本杂交，使芯片上的抗体捕获相应的抗原。然后再与标记的多种不同的抗体杂交，由于蛋白抗原上的多价结合表位可结合标记抗体，根据杂交信号的有无、多少便能进行定性、定量的分析。3芯片实验室（LAB—on—a—chip）芯片实验室是生物芯片研究领域的一个热点，它是将传统的样品制备、生化反应、数据检测三个步骤集成于一体，缩小构成芯片上的实验室系统，是生物芯片发展的最高阶段。要实现这一目标生物芯片必须以微电流平台作为支撑，只有把样品制备、分析和信号获得连为整体，才能开发出生物芯片应用的最大潜力。目前，利用芯片缩微实验室已成功地将样品分离、DNA提取、PCR反应、DNA杂交检测这几个离散步骤在一个或几个芯片构成的密闭系统中完成。由于芯片可以做成十分微小的形状，所以便于携带，检测分析所需样品少，节约了大量试剂和人工。同时芯片可以 进行大规模生产，成本可以降到很低，用于各种分析 的芯片就可以做成一次性使用，避免了样品污染和交叉污染。芯片实验室是未来生物芯片的发展方向。

二、生物芯片在环境科学研究中的应用

生物芯片是近几年发展起来的一个新兴和热点领域，在国外研究和应用较多，我国在此方面的研究尚处于起步阶段，且主要应用于医药领域，在环境科学领域的应用和研究较少。但其高通量、检测快的特点，使其在环境领域有着广泛的应用前景。现今，生物芯片已在环境化学、环境生物学、环境毒理学、环境医学及分子生态学等研究领域中有了应用实例。

1、生物芯片在环境化学中应用

生物芯片在环境化学中的一个重要应用领域是分析和监测环境中的污染物。环境化学污染物主要包括有机化学性污染物和无机污染物。生物芯片设计集成化，从而简化了分析过程，使检测速度加快，因此在环境监测中有很好的应用和发展前景。目前，在环境化学领域中得到应用的有毛细管电泳芯片、微反应芯片等。Wang等将毛细管电泳芯片与厚膜电流检测器集成在一起（缓冲液为MES(20mol/L，PH＝5.0），分离管道长度为72mm，分离电压为2000V）。使用此方法，可在140S内从掺入有机磷神经毒物的河水中分离检测出磷、甲基对硫磷、杀螟硫磷和乙基对硫磷。这些结果显示毛细管电泳芯片有可用于现场检测的快速检 查。Backer等［6JN用基于氧化锡的微反应芯片实现了对空气中CO、NO和NO2气体的测量。

2、生物芯片在环境微生物检测方面中的应用

微生物广泛存在于环境中，其密度及多样性是反应环境质量的重要指标之一，因此，对环境微生物进行检测具有十分重要的意义。随着分子生物学的不断发展，人们可以在分子水平上构建细菌的进化树并以此为依据对其进行分类。基因组水平的DNA杂交技术成为菌种鉴定的里程碑，利用16SrRNA的高度保守性，人们可以通过6SrRNA的序列分析来对细菌进行分类。通过该方法研究环境中微生物的组成、数量及其变化，可以了解生物群落的结构与其功能及生物地球化学活动的关系。Guschin等利用寡核苷酸微阵列芯片对硝化细菌进行了分类，芯片上固化的寡核苷酸与16SrRNA序列完全互补，并通过改变探针的微阵浓度和多颜色检测来进行定量分析。2008年，Victor Parror等利用包含200个抗体的微阵列生物芯片，并结合免疫解析的方法寻找通用微生物标记物以进行环境检测，其检测限为:0.2ng/ml蛋白质和10·4—10·5个细胞/ml，并成功地在全球范围内极端环境样品中检测到了生物大分子物质。

3、生物芯片在环境医学中的应用

环境医学是研究环境与人群健康的关系，特别是研究环境污染对人群健康的有害影响及其预防的一门科学。如今，生物芯片技术已在环境流行病学、职业病研究和环境医学监测等领域得到了应用。①应用于环境流行病学： 周琦等以SARS冠状病毒TOR2株序列为设计标准，研制出用于检测SARS病毒的全基因芯片，芯片探针长度为70nt，相邻探针序列重复25nt，共660条病毒探针，覆盖了SARS冠状病毒的全部序列，应用该基因芯片对病人、出人境食品、动植物及其产品进行检测，结果表明基因芯片技术检测SARS冠状病毒灵敏度 高、特异性强，而且准确、快速。吴海等以HBV、HVC高度保守的片段为探针成功制作了乙、丙型肝炎病毒双检基因芯片，可望应用于临床。赵伟等PCR产物用点样仪点于玻片介质上，制成芯片，检测４０例乙肝患者血清的乙肝病毒，准确率达８０％

②用于对公害病和职业病的研究:NIEHs已经开始环境基因组目标的研究以确定包括在环境疾病中的200个基因共同的序列多态性。NIEHs对暴露到PAHs和其他污染物环境中的波兰煤炭炉工人的血液、淋巴系统基因表达进行了研究。这种研究一个重要的考虑是基因表达可以被其他因素影响，如食物、健康状况、个人习惯等，减少这些因素的影响必须完成大量处理样品与对照样品的比较。一个新的领域基因毒理学正在发展起来，研究基因差异与毒物易感性的关系，在人类对疾病易感性个体变化的认识上基因毒理学将产生巨大推动作用 ③应用于环境医学监测: 孟紫强等探讨了SO的分子毒作用机制，通过采用Affmetrix公司的大鼠基因表达谱芯片（RAE230A）研究了短期动态吸人SO的大鼠肺组织基因表达谱的变化，并揭示了高浓度SO短期暴露对基因表达的影响。杨磊等用基因芯片分析急慢性砷染毒时人正常肝细胞（Ｌ--02细胞）基因表达谱的变化，得出了长期染砷后与肿瘤发生及氧化还原有关的基因表达量升高的结。

三、环境芯片的在环境科学领域应用前景展望

生物芯片技术是21世纪的朝阳产业，有很好的发展前景。它克服了传统生物学技术操作繁杂、自动化程度低，检测效率低等不足，充分利用了生物科学、信息学等当今前沿领域的研究成果，现在已越来越广泛的被应用到多个领域中。环境科学研究的主要是环境中的物质，尤其是人类活动产生的污染物，及其在环境中的产生、迁移转变、归宿等过程和运动规律，因此，将生物芯片技术引入环境科学研究中有重大意义。生物芯片高信息量、快速、微型化、自动化、成本低、污染少、用途广等优点，很适应环境学研究中的技术需求，使其在环境科学领域有很好的应用前景。虽然生物芯片技术在环境领域的应用实例还较少，且其自身还有许多问题亟待解决（如提高芯片的特异性、简化样品制备和标记操作程序、增加信号检测的灵敏度等等），但随着技术的发展与完善，生物芯片技术必将会越来越广泛的应用到环境科学研究的各个领域，给２１世纪人类对环境的保护和治理带来一场“革命”。

［参考文献］

［1］ 陈忠斌．（生物芯片技术）．北京：化学工业出版社，2005 ［2］ 李瑶．（基因芯片技术——解码生命），化学工业出版社，2004 ［3］ 曲媛媛/魏利.(微生物非培养技术原理与应用)，科学出版社，2009